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各類夾雜物都具有獨(dú)特的屬性,用金相顯微鏡鑒定夾雜物時(shí)主要依據(jù)的是它的光學(xué)特性、形態(tài)分布、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等。
1.夾雜物的形態(tài)與分布
很多夾雜物具有特定的外形,這種特定的外形和分布方式與夾雜物的類型、來源有關(guān)。夾雜物若形成時(shí)間早,并以固體形態(tài)出現(xiàn)在鋼液中,一半多具有一定的幾何形狀(如磨面上TiN夾雜呈方形、三角形);夾雜物若以液態(tài)的第二相存在于鋼液中,由于表面張力的作用多呈球狀(如一些硅酸鹽及玻璃);若夾雜物形成較晚,則多沿晶界分布。按夾雜物與晶界浸潤(rùn)情況不同,夾雜物或呈顆粒形(如FeO),或呈薄膜狀(如FeS);經(jīng)形變厚的材料中,脆性?shī)A雜物(如Al2O3)多呈點(diǎn)鏈狀分布,而塑性?shī)A雜物(如一些硫化物及含SiO2低于60%的硅酸鹽)則沿變形方向呈條帶狀。
此外,金屬材料中往往是多種夾雜物共存,它們?cè)诶淠^程中相互影響,形成幾種夾雜物的固溶體或機(jī)械混合物。如FeS與MnS組成固溶體,F(xiàn)eO與2FeO·SiO2組成球狀共晶夾雜。
2.夾雜物的光學(xué)特性
夾雜物的光學(xué)特性是指它對(duì)光的反射能力,自身的透明及色彩,是否具有光學(xué)各向異性效應(yīng)及對(duì)光的干涉效應(yīng)等,這是利用光學(xué)顯微鏡鑒定夾雜物的重要手段。
1)夾雜物的反光能力
辨認(rèn)夾雜物的反光能力是在普通光學(xué)顯微鏡的明視場(chǎng)下進(jìn)行的,根據(jù)夾雜物的大小選用中倍或高倍放大觀察。夾雜物若對(duì)光的反射能力差表現(xiàn)為暗黑、深灰色;若對(duì)光的反射能力強(qiáng),則接近金屬基體光澤,呈亮黃色、金黃色。各類夾雜物在明視場(chǎng)下觀察都具有一定的色彩,如呈SiO2暗灰色,MnS呈藍(lán)灰色,CrS呈灰黃色,VN呈淡粉色,TiN呈金黃色。
2)夾雜物的透明度與顏色
夾雜物的透明度與體色是借助暗視場(chǎng)金相顯微鏡(或偏振光顯微鏡)進(jìn)行觀察的。透明夾雜物是在暗視場(chǎng)下是發(fā)亮的,因?yàn)楣饩€透過夾雜物以后,在夾雜物與金屬交界面上產(chǎn)生反射,反射光經(jīng)過夾雜物后射入鏡筒內(nèi)。光線的強(qiáng)度取決于夾雜物的透明程度,并能反映除夾雜物的體色。不透明夾雜物在暗視場(chǎng)下為暗黑色,有時(shí)看到夾雜物的邊沿有亮細(xì)線,這是邊沿處對(duì)光產(chǎn)生漫散射的結(jié)果。如Al2O3為透明、亮黃色;MnO Al2O3為半透明、棕紅色;FeS為不透明、邊界處有亮細(xì)線。
各向同性的透明夾雜物在偏振光下觀察到的顏色和暗視場(chǎng)下的顏色一致,都是透射光所呈的顏色。各向異性的透明夾雜物,所觀察到的顏色包括體色和表色,只有在消光位置才能觀察到的夾雜的體色,及暗場(chǎng)下的顏色。
3)夾雜物的光學(xué)各向異性效應(yīng)
夾雜物在偏振光下的各向異性效應(yīng)也是區(qū)別夾雜物的重要標(biāo)志之一。
各向異性?shī)A雜物在正交偏振光下觀察時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡載物臺(tái),每轉(zhuǎn)一周交替出現(xiàn)光強(qiáng)度的四次極大和極小的變化。對(duì)弱各向異性?shī)A雜,每轉(zhuǎn)一周交替出現(xiàn)二次光強(qiáng)度的極大和極小,其余二次未能察覺;對(duì)各向同性的夾雜,轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)僅能看到一片黑暗。凡立方晶系的夾雜物均屬光學(xué)各向同性,而正方、六方、斜方晶系的夾雜物均具有光學(xué)各項(xiàng)異性性質(zhì)。因此,在偏光顯微鏡下極易鑒別夾雜物的各向異性性質(zhì)。如FeO,立方晶系,各向同性;FeS六方晶系,各向異性。各向異性效應(yīng)不僅同夾雜物的結(jié)晶性質(zhì)及位向有關(guān),同時(shí)受觀察條件的影響。例如用油浸物鏡觀察時(shí),不透明夾雜物的各向異性效應(yīng)會(huì)加強(qiáng),而透明夾雜物的各向異性會(huì)被掩蓋、樣品拋光面的缺陷會(huì)降低各向異性效應(yīng),樣品的平面與物鏡的光軸垂直度不夠精確時(shí),也會(huì)影響各向異性效應(yīng)的強(qiáng)度。
4)特殊光學(xué)效應(yīng)
在明視場(chǎng)金相顯微鏡下,球狀透明夾雜物的像上可看到等色環(huán)效應(yīng)。夾雜物愈接近理想球形,等色環(huán)效應(yīng)越明顯。而在正交偏光下觀察球狀、透明夾雜物時(shí),除等色環(huán)外,還可在夾雜物的像上看到黑色十字叉效應(yīng)。
這兩種光學(xué)效應(yīng)儀與夾雜物的形狀、透明度有關(guān)。而具有球狀的透明夾雜物的為數(shù)是不多的,進(jìn)而又使我們縮小了夾雜物的辨認(rèn)范圍。能觀察到這兩種光學(xué)效應(yīng)的夾雜如玻璃質(zhì)的SiO2,復(fù)雜的鐵錳硅酸鹽。
3.夾雜物的力學(xué)性質(zhì)
這里所說的力學(xué)性質(zhì)包括硬度,塑性變形能力及拋光性。對(duì)各類夾雜物的力學(xué)性質(zhì)差異的研究,不僅可以分析夾雜物對(duì)質(zhì)量的影響,而且也是堅(jiān)定夾雜物類型的輔助手段。關(guān)于夾雜物的硬度可由顯微鏡硬度計(jì)測(cè)定。
夾雜物的塑性變形能力,直接影響壓力加工后夾雜物的形狀、分布和與金屬基體的聯(lián)結(jié)情況,從而影響夾雜能力所能引起的應(yīng)力集中程度。如塑性好的MnS,軋制時(shí)被拉成條狀,造成材料性能的宏觀各向異性。加入稀土或鈣,將產(chǎn)生不變形的球形夾雜,消除了材料的宏觀各向異性。又如以硬度低的(RE)AlO3夾雜取代硬度高的氧化鋁及鋁酸鹽夾雜,可顯著提高齒輪的疲勞壽命。顯而易見,夾雜物的力學(xué)行為與材料質(zhì)量有密切關(guān)系,這正是生產(chǎn)檢驗(yàn)中按夾雜物塑性及分布特性分類評(píng)定的原因所在。
此外,金屬磨面上的拋光性能在一定程度上也能估計(jì)夾雜物的硬度和脆性。如硬而脆的夾雜物易于剝落,或高出磨面,有時(shí)會(huì)在磨面上留下狀若“彗星尾”的擦傷痕。
4.夾雜物的化學(xué)性質(zhì)
根據(jù)化學(xué)穩(wěn)定性鑒定夾雜物的方法為化學(xué)浸蝕法。即用各種化學(xué)試劑(酸、鹽、堿等)在一定時(shí)間和溫度下對(duì)樣品拋光面進(jìn)行浸蝕,考查夾雜物受選定浸蝕劑的作用所發(fā)生的變化:
1)不被浸蝕;
2)弱浸蝕,并顯示出夾雜物的組織;
3)使夾雜物顯色;
4)夾雜物被溶蝕,留下坑洞。從而達(dá)到鑒別和進(jìn)一步研究的目的。浸蝕方法一般采用從顯露不穩(wěn)定夾雜的試劑開始,逐步改用更強(qiáng)的腐蝕性試劑。
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